苏鲁超高压变质带中蛇纹岩的地球化学特征及其地质意义

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大别-苏鲁超高压变质带是三叠纪时扬子板块向华北克拉通碰撞并深俯冲形成的造山带,而苏鲁超高压变质带为其被郯庐断裂错断后的东延部分。该区域发育少量的镁铁-超镁铁岩,其中青岛的仰口和日照的梭罗树地区是苏鲁超高压变质带中重要的蛇纹岩出露区。俯冲带蛇纹岩的形成演化与大陆板块俯冲、脱水、折返密切相关,对其地球化学特征和成因演化的深入研究可以帮助了解深部壳幔作用、流体活动和岛弧岩浆形成。本论文选取仰口和梭罗树两个地区的蛇纹岩作为研究对象,对其进行了岩相学观察和系统的全岩和矿物化学分析。结果表明仰口和梭罗树地区的蛇纹岩蛇纹石化完全,全岩具有高Mg,低Al2O3/SiO2,贫高场强元素(Nb、Th、Zr和Hf)和重稀土元素(HREE)的特征,推测其原岩是经历了不同程度部分熔融后的地幔残余,符合弧前地幔橄榄岩的特征。经微量元素模拟估算,仰口蛇纹岩的原岩部分熔融程度小于15%,梭罗树蛇纹岩的原岩部分熔融程度在20%25%之间。通过蛇纹石的矿物成分(Al和Sc、V、Cr、Y等微量元素)分析判断蚀变前的原始矿物,得出仰口蛇纹岩原岩可能为方辉橄榄岩,梭罗树蛇纹岩原岩主要是纯橄岩,少量为方辉橄榄岩。研究区的蛇纹岩大量富集流体迁移元素(U、Pb、As、Cs等)是在弧前地幔楔位置亏损地幔橄榄岩受到俯冲板片释放含H2O流体作用(蛇纹岩化)的结果。蛇纹岩形成过程和流体迁移元素活动规律体现在原始矿物不同的蛇纹石成分上,具体过程可分为3个阶段:a)当扬子板块刚俯冲到华北克拉通地幔楔位置,温度为130150°C,板片释放含H2O流体使地幔楔橄榄岩发生蚀变,其中部分辉石绿泥石化,橄榄石蛇纹石化;b)随着俯冲深度增加,温度升高(<350°C),辉石开始蛇纹石化,橄榄石蚀变程度达到最强,主要活动元素为As、Sb等;c)当温度达到350°C以上(<650°C),橄榄石蚀变完成,主要是辉石蛇纹石化,活动元素为Cs、Li、Ba等,蚀变完全形成蛇纹岩。
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